35kV降压变电所电气部分设计

1、浙江大学远程教育学院本科生毕业论文（设计）题 目 35kV降压变电所电气部分设计 专 业 电气工程与自动化 学习中心 姓 名 学 号 指导教师 2014年 10月 20 日浙江大学远程教育学院本科生毕业论文（设计）诚信承诺书1.本人郑重地承诺所呈交的毕业论文（设计），是在指导教师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。2.本人在毕业论文（设计）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。3.本人承诺在毕业论文（设计）选题和研究内容过程中没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。4.在毕业论文（设计）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。 毕业论文（设计）作者： 2014年

2、11月 2 日论文版权使用授权书本论文作者完全了解 浙江大学远程教育学院 有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人授权 浙江大学远程教育学院 可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文。毕业论文（设计）作者签名： 2014年11月2日摘要随着人们对供电需求不断提高，供电稳定性、可靠性和可持续发展性变得越发重要。但电网的稳定性、可靠性和可持续发展性由变电所的合理设计和设备配置决定。变电所设计要求变电设备运行安全可靠、操作维护方便、投资经济合理，并且考虑工程5到10年发展规划扩建的可能。变电

3、所的设计须按照用电负荷性质、容量，工程特点和当地供电条件，结合实际合理设计变电所方案，同时也要遵循节约用地的原则。本设计是桥北降压变电所，变电所有两个电压等级，一次侧是35kV，二次侧是10kV。并对变电所内的设备合理选型：如变压器台数及容量的确定、无功补偿装置、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器和继电保护装置等的设备选型和校验，还必须做到运行安全可靠，操作维护方便，投资经济合理，并具有扩建的可能性。关键词 35KV 降压 变电所 设计 目录一、工程概况5（一） 设计原始资料5（二） 负荷计算与无功补偿51 负荷计算52 无功补偿6（三） 变压器数量容量选择71 主变台数的确定72 主变

4、容量的确定7（四） 电气主接线设计71 35KV主接线选择72 10KV母线主接线选择7（五） 短路电流计算91 短路电流的计算9（1） 35kV侧短路电流计算10（2） 10kV侧短路电流计算11二 电气设备的选择12（一） 导体和电气设备选择的一般条件12（二） 断路器、隔离开关的选择121 35kV侧断路器的选择122 35kV隔离开关的选择133 10kV侧断路器的选择134 10kV侧隔离开关的选择13（三） 互感器选择141 电流互感器选择14（1） 电流互感器选择原则14（2） 35kV侧电流互感器的选择14（3） 10kV侧电流互感器选择142 电压互感器的选择15（1） 电压

5、互感器选择的原则15（2） 35kV侧电压互感器的选择15（3） 10kV侧电压互感器15（四） 所用变压器的选择15（五） 母线的校验16（1） 35kV母线的校验16（2） 10kV母线的校验17（七） 10KV高压开关柜的选择18（八） 继电保护的配置191 电力变压器保护19（1） 差动保护19（2） 瓦斯保护20（3） 过电流保护202 继电保护系统图21三 变电所的防雷保护22（一） 变电所防雷概述22（二） 避雷针的选择22（三） 避雷器的选择22（1） 35kV侧避雷器的选择22（2） 10kV避雷器的选择23一、工程概况（一） 设计原始资料桥北地区位于城市郊外，近年来，随着周

6、边中小企业的发展及近年来农业、学校及家庭用电量的不断提高，为满足民众住房需求和生活用电，工业、农业等生产用电需求，加快电力生产，对本地区进行配电设计势在必行。根据统计待建桥北变电所的基本资料如下：1、 用电负荷10kV侧统计如表1-1：表1-1 10kV侧用电负荷统计序号负荷名称(KW)负荷等级1化肥厂12000.90二级2家禽养殖厂20000.85二级3奶牛厂12000.85二级4农产品加工厂15000.85二级5剧场15000.85二级6医院5000.80二级7学校2000.80二级2、待建变电所基本信息：（1）设计变电所在城市郊外，主要向桥北变电所附近农村及工厂供电。（2）变电所电压高压

7、侧是35kV，低压侧是10kV。（3）变电所的自用电源，由单回35kV线路侧送到本变电所；在低压侧10kV母线送出七回线路，备用二回线路，在本所35kV母线有二回进线线路。该变电所的所址在公路旁边，地势平坦，交通方便。（4）经查资料当地用户用负荷容量远小于电力系统的容量，故当地供电电源等效于无限大容量供电系统电源。电源Sk100MVA,X*0.6；35KV双路进线X0=0.12/km，=0.053km/2 ，L=25km，s=502（二） 负荷计算与无功补偿1 负荷计算（1） 10kV侧负荷如下表1-2表1-2用户用电负荷序号负荷名称(KW)(KVar)*1化肥厂12000.900.48458

8、0.82家禽养殖厂20000.850.6212403奶牛厂12000.850.627444农产品加工厂15000.850.629305剧场15000.850.629306医院5000.800.753757学校2000.800.75150=（KW）（KVar）=（KVA）=0.853 0.612根据用电负荷同时率，即由于母线上各路出线不可能满负荷使用，就是参差系数KP（0.751）考虑当地用电条件，同时率取0.85。10kV侧最大负荷应为：(KVA)（2） 35kV侧：(KVA)2 无功补偿功率因数过低对供电系统是很不利的，它使供电设备（如变压器、输电线路等）电能损耗增加，供电电网的电压损失加大

9、，同时降低了供电设备的供电能力。因此提高功率因数对节约电能，提高经济效益具有重要的意义。本地用电奶牛厂与家禽养殖厂有大量风机，和一些农电灌溉大量异步电机等感性设备，造成低功率因数=0.854，达不到供电部门的一般要求（35KV侧要达到=0.95，10KV侧要达到=0.90）。故要采用无功功率设备予以补偿。无功补偿通常采用静电电力电容器补偿即增加电力电容装置以超前的容性分量抵消系统负载滞后的感性分量。变电所内一般采用集中补偿，在变压器出线端母线上增设电力电容装置，取补偿后的功率因数=0.90。根据补偿电力电容器的计算公式可得10kV侧无功补偿容量为 （0.6120.484）=1036.8Kvar

10、=8995.6（KVA）（三） 变压器数量容量选择 1 主变台数的确定根据供配电设计规范中“在有一、二级负荷的变电所宜装设两台及以上主变压器。在主变压器低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。”本设计为35kV降压变电所，低压10kV侧为负荷，无备用电源，故考虑安装两台主变压器。2 主变容量的确定根据电力工程电气设备手册说明，装设两台及以上变压器的变电所，任意一台变压器单独运行时，都应能满足一、二级负荷供电需求并不小于60的全部负荷。故本设计满足两个条件：1、两台变压器总容量2、本次设计按建成5年内规划，预计年负荷增长率为3%，则 =(KVA)式中t为规划年限，m为年负荷增长

11、率 (KVA)选择两台等容量变压器，每台容量为6300KVA。故选用两台S11-6300油浸式三相双绕组变压器。（4） 电气主接线设计电气主接线是变电所电气设计的重要环节，也是电力系统的重要组成部分。主接线方案应根据变电所在当地电力网作用、用电回数、用电负荷性质等条件来确定。确保线路运行安全可靠，操作维护方便，投资经济合理，并具有扩建的可能性。1 35KV主接线选择从原始资料可知，35kV侧进线有二回，分布简单。可采用双母线，单母线、单母线分段等接线方式。双母线投资大、占地大，故不考虑；单母线投资小，但运行可靠性低，母线故障或检修时，整个线路需停电，灵活性差，而单母线分段检修时则不需全部停电，

12、供电可靠性较高，操作也灵活，且有扩展的可能性。故本变电所35kV母线侧采用单母线分段接线。2 10KV母线主接线选择10kV侧通常采用单母线分段接线，单母线分段自动切换系统的可靠性和灵活性比单母线好，基本可以满足二级负荷用户要求。因此，10kV母线侧采用单母线分段接线。接线简图如图1-1所示图1-1电气主接线简图（5） 短路电流计算1 短路电流的计算为保证设备选型及校验，需计算关键点的三相短路电流，取最严重的三相短路情35kV侧的母线(k-1点)和10kV侧的母线(k-2点)，如图1-2所示分别进行短路计算。图1-2母线短路点当地用户用负荷容量远小于电力系统的容量，故当地供电电源等效于无限大容

13、量供电系统电源。电源Sk100MVA,X*0.6,35KV双路进线X0=0.12/km，L=25km；经查资料S11-6300参数基准电流对于35kV侧点，,对于10kV侧点，,电源阻抗标幺值：架空线导线阻抗标幺值：变压器阻抗标幺值：（1） 35kV侧短路电流计算等效电路图如下图1-3所示：图1-3 35kV母线短路等效电路阻抗标幺示意图如图1-4所示：图1-4 35kV母线短路阻抗标幺示意图35kV侧点短路总阻抗标幺值：点短路电流周期分量：点短路冲击电流： 点短路容量： （2） 10kV侧短路电流计算线路等效图如图1-5所示：图1-5 10kV母线短路等效电路阻抗标幺示意图如图1-6所示：图

14、1-6 10kV母线短路阻抗标幺示意图10kV侧点短路总阻抗标幺值：点短路电流周期分量：点短路冲击电流： 点短路容量： 二 电气设备的选择（一） 导体和电气设备选择的一般条件电力系统中的各种电气设备，功能尽管不同，但同在供电系统中工作，选择的基本要求是相同的。设备正常运行时，必须保证工作安全可靠、运行维护方便，投资经济合理。在短路时，能满足动稳定和热稳定要求。根据规定，电气设备选择的原则：正常运行情况下选择，短路情况下校验。（2） 断路器、隔离开关的选择1 35kV侧断路器的选择流经35kV侧断路器和隔离开关的长期最大工作电流： = 额定电压： 额定电流： 开断电流： SF6断路器比其他断路器

15、有电气性能好、检修周期长等优点。故35kV侧采用LN235型户内高压SF6断路器。所选设备额定电压系统电压35kV，符合要求。所选设备额定电流：，根据资料查得温度影响为1.8%，A，符合要求。所选设备额定开断电流：，符合要求。动稳定校验：，符合要求。热稳定校验：由电力工程表知，选用过流保护装置动作时间，断路器分闸时间，热稳定校验时间为（下同）。因此（kA）2S电气设备Q=（kA）2S。符合要求。2 35kV隔离开关的选择35kV隔离开关选择型所选设备额定电压系统电压35kV，符合要求。所选设备额定电流，根据资料查得温度影响为1.8%，A，符合要求。动稳定校验：，符合要求。热稳定校验：（kA）2

16、S，设备（kA）2S，符合要求。3 10kV侧断路器的选择流经10kV侧断路器和隔离开关的长期最大工作电流： = 额定电压 额定电流 开断电流 10kV侧选用开关柜的型真空断路器所选设备额定电压系统电压，符合要求。所选设备额定电流，根据资料查得温度影响为1.8%，A，符合要求。所选设备额定开断电流：，符合要求。动稳定校验：，符合要求。热稳定校验：（kA）2S，设备（kA）2S，符合要求。4 10kV侧隔离开关的选择10kV侧隔离开关选择型所选设备额定电压系统电压，符合要求。所选设备额定电流，根据资料查得温度影响为1.8%，A，符合要求。所选设备额定开断电流 ，符合要求。动稳定校验：，符合要求。

17、热稳定校验：（kA）2S，设备（kA）2S，符合要求。（3） 互感器选择1 电流互感器选择（1） 电流互感器选择原则电流互感器选型除应满足一次回路的额定电压、额定电流、最大负荷电流计短路电流的动热稳定性外，还要满足二次回路的测量仪表、自动装置的准确度等级和保护装置10误差曲线要求。电流互感器一次绕组电压 系统电压。为保证二次回路仪表的准确度，电流互感器一次侧额定电流I1N为线路最大工作电流Imax的1.21.5倍。二次绕组额定电流一般应采用1A，强电系统采用5A。（2） 35kV侧电流互感器的选择本次35kV 级电流互感器选用LZZB35环氧树脂浇注全封闭型电流互感器，作为电能计量、电流测量、

18、继电保护之用。所选设备额定电压系统电压35kV。 所选设备额定电流，符合要求。额定二次电流5A。选用型电流互感器，0.2S等级作为电能计量用，0.5等级作为电流测量用，10P等级作为继电保护用。动稳定校验：，符合要求。热稳定校验：（kA）2S，设备（kA）2S，符合要求。（3） 10kV侧电流互感器选择10kV侧选用型电流互感器。所选设备额定电压系统电压10kV。 所选设备额定电流，符合要求。额定二次电流为5A。动稳定校验：，符合要求。热稳定校验：（kA）2S，设备（kA）2S，符合要求。2 电压互感器的选择（1） 电压互感器选择的原则电压互感器的选择：按一次、二次回路电压、二次负荷容量、准确

19、等级条件选择。635kV配电装置一般采用油浸式或浇注式电压互感器。为保证电压互感器的准确度，电压互感器为二次侧允许所带负荷容量，不能超过该额定容量。电压互感器的一次额定电压U1N，应根据互感器的连接方式确定其相电压或相间电压。本次35kV采用三台单相三绕组电压互感器连接方式，10kV采用一台三相五柱式电压互感器连接。（2） 35kV侧电压互感器的选择本次选择全封闭环氧树脂浇注绝缘结构型电压互感器，基本参数见表2-1：表2-1 JDZXF935基本参数额定电压比(V)额定二次负荷(VA)额定绝缘水平(kV)0.20.510.2/0.56P335000/100/100/33080180/10040

20、.5/95/18535000/100/100/100/3/30/50100电压互感器用于35kV的户内电力系统中，做二次回路电压、电能测量及继电保护用。（3） 10kV侧电压互感器 10kV选择JDZF1112全封闭环氧树脂浇注绝缘结构型电压互感器，一、二次回路电压比，准确等级为0.5级；该系列电压互感器有体积小、重量小等优点。供35kV及以下的非直接接地系统户内做电压及电能的测量，机继电保护等用。（4） 所用变压器的选择为保证变电所二次回路及照明的用电可靠性，采用两台所用变分别接于10kV两段母线上，互为备用。所用变的容量一般为主变容量的0.1%0.5%，负荷只有二次回路及照明，容量不大，故

21、以选择0.1，连接组别号采用Y/Yn0。 一台所用变容量查附录，所用变型号选为，为室内变压器。变压器基本参数如表2-2：变压器型 号额定容量额定电压 联结组别短路电压()空载电流()空载损耗（KW）负载损耗（KW）高压侧低压侧S720/1020KVA10kV0.4kV,yn043.50.120.58表2-2 S720/10基本参数 外形尺寸：9105501080mm 总重量：0.265t（5） 母线的校验（1） 35kV母线的校验35kV母线选用的矩形的硬母线，立放母线时长期最大工作电流为1155A，为母线平放时的0.95倍，则允许最大工作电流为1097A，大于35kV母线长期最大工作电流 2

22、07.85A，符合要求。 35kV母线的长期最大工作电流 = 动稳定校验：母线固定间距，相间间距，三相短路冲击电流，则母线受到的电动力为： 母线所受弯曲力矩为： 母线平放，截面为，则截面系数为： 则母线最大应力为： 小于规定的硬铝母线极限应力，符合动稳定要求。 热稳定最小截面为： 母线的截面为，符合热稳定要求。（2） 10kV母线的校验10kV母线选用的立放矩形硬铝母线，立放母线+40时长期最大工作电流为1680A，为母线平放时的0.95倍，则允许最大工作电流为1596A大于10kV母线长期最大工作电流 727.46A，符合要求。10kV母线的长期最大工作电流 =母线固定间距，相间间距，三相短

23、路冲击电流，则母线受到的电动力为： 母线所受弯曲力矩为： 母线平放，截面为，则截面系数为： 则母线最大应力为： 小于规定的硬铝母线极限应力，符合动稳定要求 母线的截面为，符合热稳定要求。（七） 10KV高压开关柜的选择10kV侧采用XGN210型固定式成套高压开关柜配电装置。XGN210型开关柜在10kV系统中作为接受与分配电能中要环节，在频繁操作的场合尤为适用。并具有防误分、合断路器，防带负荷拉隔离开关，防带电挂接地线，防带电接地合闸、防误入带电间隔的“五防”闭锁功能。XGN210开关柜的基本参数见下表2-3：表23 XGN210开关柜的基本参数XGN21010kV系统额定电压10kV电压1

24、0kV额定工作电压12kV额定电流20003150A长期最大工作电流727.46A额定短路开断电流40kA短路电流周期分量4.215kA额定短路关合电流100kA短路冲击电流10.747kA额定热稳定电流(4S)40kA热稳定11.193（kA）2S操作方式电磁式、弹簧储能式（八） 继电保护的配置1 电力变压器保护变压器的故障可以分为内部故障和外部故障。内部故障包括各相绕组之间的相间短路、单相绕组线匝之间的匝间短路，单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。外部故障，主要是外部绝缘套管和引出线发生单相接地（通过外壳）短路，引出线之间发生的相间故障短路。变压器差动保护作为变压器的主保护反映内

25、部绕组，绝缘套管及各引出线相间短路，瞬时动作于跳闸。瓦斯保护作为变压器的主保护能反映油浸式变压器油箱内部故障和油面降低，瞬时动作于信号或直接跳闸。过流保护作为变压器的后备保护,当变压器发生内部故障，瓦斯和差动快速动作的保护拒动时，过电流保护经过整定时限后，动作于变压器各侧的断路器，使其跳闸。 故在外部故障设差动保护，内部故障设瓦斯保护，做变压器的主保护，过电流作变压器后备保护。（1） 差动保护根据规定6300KVA及以上并列运行的变压器，应装设差动保护。故本设计由两台6300KVA变压器并列运行，故需装设差动保护。变压器差动保护是按基尔霍夫电流原理构成的，当变压器内部、外部故障时，能快速、灵敏

26、地切除保护区内的故障设备。变压器差动保护原理图如图2-1所示，变压器两侧分别装设电流互感器TA1和电流互感器TA2，极性关系按图中所示连接。 （a)正常或外部故障 ( b)内部故障图2-1变压器差动保护原理图正常运行或外部故障（如图a中d1点）时，差动继电器KD中的电流等于变压器两侧电流互感器二次电流之差，恰当选择两侧电流互感器的变比，使流过差动继电器的电流为零。二次系统回路额定电流一般为5A，所以电流互感器的变比为：。变压器内部故障（如图b中d2点)时，流入差动继电器的电流为变压器两侧流向短路点的电流互感器二次短路电流之和。 （2） 瓦斯保护根据规程规定，对于800kVA及以上容量的油浸式变

27、压器应装设瓦斯保护。本设计是两台6300kVA的变压器，需装设瓦斯保护。瓦斯保护主要由安装在油箱和油枕之间的连接管道上气体继电器，对油箱内产生的气体或油流反应动作，反应变压器油箱内各种故障。发出警告信号或切除变压器，防止事故扩大。变压器瓦斯保护原理图如图2-2所示：图2-2变压器瓦斯保护原理图瓦斯继电器KG的上触点连接至信号，为轻瓦斯保护；下触点连接至信号为重瓦斯保护，经信号继电器KS、连接片XE起动出口中间继电器KC，KC的两对触点闭合后，分别使断路器QF1、QF2、跳闸线圈励磁，断开变压器两侧断路器。（3） 过电流保护过电流保护通常作为1500kVA及以上的变压器的后备保护，与主保护配合作

28、为各引出线之间发生的相间故障短路和引出线发生单相接地（通过外壳）短路的后备保护，同时保护变压器10kV负荷侧母线短路引起的变压器过电流。过电流保护安装在变压器电源侧即35kV侧，使整个变压器处于保护范围内。当变压器发生内部故障，瓦斯和差动快速动作的保护拒动时，经过过电流保护整定时限后，对变压器各侧的断路器动作于跳闸。 2 继电保护系统图图2-3继电保护系统图 三 变电所的防雷保护（一） 变电所防雷概述雷电过电压会对电气设备和构筑物造成严重的危害，故在变电所与高压输电线路必须采取防雷措施，确保电气设备及构筑物的安全。避雷针是防止直接雷击的装置，作用是将雷电由金属针安全导入地中，避免构筑物、线路及

29、电气设备遭受雷击；避雷器防止雷击线路时沿输电线路侵入变电所的雷电冲击波过高，保护变电所内电气设备的绝缘的有效装置。（2） 避雷针的选择本设计采用单支避雷针作防雷直击保护。单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的折线圆锥体。其保护半径为： ，当时； ，当时。 式中 p高度影响系数，当时，；当时，。在距变电所外10m的地方装设避雷针，安装塔顶高20m，避雷针高12m，则计算高度为32m。计算结果如表3-1所示： 表3-1避雷针计算结果针号h（m）p（m）(m)避雷针高度高度影响系数被保护物高度保护半径1号320.9716.015.521号320.977.032.981号320.974.038.8（三） 避雷器的选择目前新型氧化锌避雷器在常用在新建的变电所中，与普通阀型避雷器相比，氧化锌避雷器具有无间隙、保护性能好、无续流、动作负载轻、耐重复能力强，通流容量大、耐污性能好等优点。（1） 35kV侧避雷器的选择经查资料，35kV选型氧化锌避雷器，基本参数如表3-2所示：表3-2 基本参数避雷器型号系统额定电压避雷器额定电压持续运行电压直流参考电压（U1mA）陂波